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白骑士的Matlab教学实战项目篇 4.4 机器学习与AI

news 2025/7/18 13:49:17

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机器学习与人工智能（AI）是当前技术发展的前沿领域，通过数据驱动的模型和算法，可以解决许多复杂的问题。MATLAB 提供了丰富的工具和函数，支持从数据预处理到模型训练和评估的整个流程。以下内容将介绍如何使用 MATLAB 进行数据预处理、特征工程、模型训练和评估，并通过一个具体项目：使用 MATLAB 进行分类与回归分析，来实践这些知识。

数据预处理与特征工程

数据导入

从各种数据源导入数据，例如 Excel 文件、文本文件或数据库，例如：

% 从 Excel 文件导入数据
data = readtable('data.xlsx');

数据清洗

处理缺失值、异常值等问题，以确保数据质量，例如：

% 检查缺失值
missingValues = ismissing(data);% 填补缺失值
data = fillmissing(data, 'linear');

特征工程

进行特征选择、特征提取和特征转换，提升模型的表现，例如：

% 特征标准化
data = normalize(data);% 特征选择
selectedFeatures = data(:, {'Feature1', 'Feature2', 'Feature3'});

机器学习模型训练与评估

数据分割

将数据分为训练集和测试集，用于模型训练和评估，例如：

% 分割数据
[trainInd, testInd] = dividerand(height(data), 0.7, 0.3);
trainData = data(trainInd, :);
testData = data(testInd, :);

模型训练

使用不同的机器学习算法训练模型，例如线性回归、决策树、支持向量机等，例如：

% 训练线性回归模型
mdl = fitlm(trainData, 'ResponseVar', 'Target');

模型评估

评估模型的性能，使用各种指标如准确率、均方误差（MSE）等，例如：

% 预测测试集数据
predictions = predict(mdl, testData);% 计算均方误差
mse = mean((predictions - testData.Target).^2);

实践项目：使用 MATLAB 进行分类与回归分析

在本项目中，将使用 MATLAB 进行一个具体的分类与回归分析任务。通过以下步骤，实现对数据的分类与回归分析。

数据导入与预处理

% 导入数据
data = readtable('classification_data.xlsx');% 数据清洗与预处理
data = fillmissing(data, 'linear');
data = normalize(data);

特征工程

% 选择特征
selectedFeatures = data(:, {'Feature1', 'Feature2', 'Feature3'});

数据分割

% 分割数据
[trainInd, testInd] = dividerand(height(data), 0.7, 0.3);
trainData = data(trainInd, :);
testData = data(testInd, :);

分类模型训练与评估

% 训练分类模型（决策树）
mdl = fitctree(trainData, 'Target');% 预测测试集数据
predictions = predict(mdl, testData);% 计算分类准确率
accuracy = sum(predictions == testData.Target) / numel(testData.Target);

回归模型训练与评估

% 训练回归模型（线性回归）
mdl = fitlm(trainData, 'ResponseVar', 'Target');% 预测测试集数据
predictions = predict(mdl, testData);% 计算均方误差
mse = mean((predictions - testData.Target).^2);